实现双侧电源线路三相自动重合闸的实用方案

14.2.4.1 对双侧电源线路三相自动重合闸的基本要求

双侧电源线路采用自动重合闸装置时,除了满足单侧电源三相自动重合闸所述的基本要求外,还应考虑以下两个方面的特殊问题。

1.保证故障点绝缘强度恢复的时间

当双侧电源线路发生故障时,两侧的继电保护装置动作于两侧断路器以不同的时限跳闸,即两侧的断路器可能不同时跳闸,因此,只有在后跳闸的断路器断开后,故障点才能去游离。为使重合闸重合成功,应保证在线路两侧断路器均已跳闸,故障点电弧熄灭且绝缘强度已恢复的条件下进行自动重合闸,即应保证故障点有足够的断电时间。

2.线路两侧断路器重合时是否需要考虑同期的问题

当线路发生故障,两侧断路器跳闸之后,线路两侧即成为两个系统,原系统有可能失去同步。线路中后合闸一侧的断路器在进行重合闸时,应考虑同期问题,以及是否允许非同期合闸的问题。因此,在双侧电源线路上,应根据电网的接线方式和具体的运行情况,采取不同的重合闸方式。

14.2.4.2 双侧电源线路AAR的类型

双侧电源线路的重合闸方式很多,可归纳为如下两类。

1.检查同期重合闸

检查同期重合闸如检查无电压重合闸和检查同期重合闸。这类重合闸在故障线路跳闸后,其一侧断路器可在检查线路无电压的条件下先重合,另一侧断路器则检查频率差在允许范围时重合。

2.不检查同期的重合闸

不检查同期的重合闸如非同期重合闸、快速重合闸及自同期重合闸等。

非同期重合闸是指双侧电源线路两侧断路器在事故跳闸后,只要两个解列系统的频率差、电压差在允许范围内,非同期合闸所产生的冲击电流不超过规定值,即可不检查同期条件,按“不对位”起动条件,将线路断路器重合。

快速重合闸是指110kV及以上线路全线继电保护为速动保护,而且断路器使用快速断路器,在0.6～0.7s内完成跳闸——重合闸循环时,因两侧电势的相角可能尚未拉开到危及电力系统稳定的程度,便可采用快速重合闸。

自同期重合闸是指电站机组采用自同期并列方式,并以单回线路与电力系统联接,则在线路故障跳闸后,电力系统侧先检查无电压重合,然后在电站侧实行自同期重合,即在未给励磁的发电机转速达80%时将断路重合,联动加上励磁,将发电机拉入同步。

14.2.4.3 检查无电压和检查同期重合闸

1.工作原理

图14-7所示为检查无压和检查同期的三相自动重合闸原理示意图。这种重合闸方式是在单侧电源线路三相一次自动重合闸的基础上增加附加条件来实现的,即除在线路两侧均装设单侧电源AAR外,两侧还装设有检查线路无压的低电压继电器KV和检查同步继电器KSY,并把KV和KSY触点串入重合闸时间元件启动的回路中。

图14-7　检查无电压和检查同期的三相自动重合闸原理示意图

正常运行时,两侧同步检查继电器KSY通过连接片均投入,而检查无压继电器KV仅一侧投入(M侧),另一侧(N侧)KV通过无压连接片断开。

若线路故障使两侧断路器跳闸后,线路失去电压,M侧利用低电压继电器KV检查线路无电压,AAR起动,使M侧断路器先行重合。如重合成功,则N侧利用检查同步继电器KSY检查两系统的同期条件是否满足要求。若同期条件满足要求,KSY触点闭合时间足够长,经同步连接片使N侧AAR动作,则N侧断路器继而重合,恢复系统并列运行。

如果线路发生的是永久性故障,则N侧重合不成功,线路后加速保护装置加速动作,再次跳开该侧断路器,之后不再重合。由于N侧断路器已跳开,线路无电压,只有母线上有电压,故N侧同步继电器KSY因只有一侧有电压而不能工作,也不能起动重合闸装置,所以N侧AAR不再动作。

2.起动回路的工作情况

检查无压和检查同期的三相自动重合闸装置的起动回路如图14-8所示。与图14-6单侧电源AAR的启动回路相比,只在“不对位”回路增加两个附加条件:一个是由低电压继电器KV的动断触点KV1和连接片XB构成检查无电压回路;另一个是由低电压继电器的动断触点KV2和同期继电器KSY的动断触点构成检查同期启动回路,其他部分的原理接线与工作原理与单侧电源AAR相同。

在无压侧(见图14-7中M侧),无压连接片XB接通;线路故障时两侧断路器跳开后,因线路无电压,低电压继电器KV1触点闭合,KV2触点打开,跳闸位置继电器KCT动作,其触点KCT1闭合。这样,由KV1、XB、KCT1触点构成的检查无压启动回路接通,AAR动作,M侧断路器误跳闸,则线路侧有电压,KV1触点打开,KV2触点闭合,KCT1闭合,同步继电器KSY检查同期条件后,重合断路器。

图14-8　检查无电压和检查同期重合闸的启动回路

在同步侧(见图14-7中N侧),无压连接片XB断开,切断了检查线路无电压重合的启动回路。只有在断路器跳闸,线路侧有电压,即KCT1触点闭合,KV2触点闭合的情况下,且同步检查继电器KSY检查到同期条件满足时,即动断触头KSY闭合时,该侧AAR才动作将断路器重新合上,恢复同步运行。

3.检查无电压和检查同期重合闸的配合工作方面的几个问题

(1)重合闸方式的变换。无压侧(图14-7中M侧)的断路器在重合至永久性故障时,将两次切断短路电流,其工作条件显然比同步侧(图14-7中N侧)恶劣。为使两侧断路器工作条件相同,检修机会均等,两侧的重合闸方式应适当轮换。为此,一般在两侧均装设检查无电压和检查同期两种重合闸方式,通过连接片定期切换两侧工作方式。

(2)断路器误碰跳闸的补救。在正常运行情况下,由于某种原因(保护误动作、误碰跳闸操动机构等)而使断路器误跳闸时,若是同步侧断路器误跳,可通过该侧同步继电器检查同期条件使断路器重合;若是无压侧断路器误跳时,由于线路上有电压,无压侧不能检查无压而重合。为此无压侧也投入检查同步继电器KSY,以便在这种情况下也能自动重合闸,恢复同步运行。(www.xing528.com)

这样,无压侧不仅要投入检查无压继电器KV,还应投入同步继电器KSY,无压连接片和同步连接片均接通,两者并联工作。而同步侧只投入检查同步继电器,检查无压继电器不能投入,否则会造成非同期合闸。因而两侧同步连接片均投入,但无压连接片一侧投入,另一侧必须断开。

(3)检查无电压和检查同期重合闸的顺序配合。在无电压侧未重合之前,检查同步继电器KSY的两个电压线圈仅有一个线圈接入电压,其常闭接点打开,不会发生同步侧先重合,无电压侧无法重合的问题。

(4)同期侧断路器会不会误重合。若无电压侧断路器重合到永久性故障时,AAR后加速使断路器辅助触点QFM再次跳闸。在这次重合的过程中,N侧的KSY可能检查到同期条件满足而发生KSY动断触点返回,但因M侧从重合到再次跳闸的时间很短,而KSY触点返回的时间小于AAR起动时间,故N侧断路器不会误重合。

4.同步检查继电器的工作原理

同步检查继电器用于检查同期条件,同步检查继电器的种类很多,常用的有电磁型、晶体管型等,两者均反映母线电压和线路电压的向量差。下面以电磁型同步检查继电器为例说明其工作原理。

电磁型同步检查继电器KSY实际上是一种有两个电压线圈的电磁型电压继电器,其内部结构如图14-9(a)所示。它的两个电压线圈分别经电压互感器接入重合断路器两侧电压和。因两组线圈的匝数和分布相同,故有相等的阻抗,两个线圈加上电压后分别产生电流和,在铁芯中产生相应的磁通为

当两个电压接入的极性相反时,这两个磁通在铁芯中的方向相反,因此铁芯中的总磁通为两电压所产生的磁通之差,即

式中 W——继电器每一组线圈匝数;

Rμ——继电器铁芯磁阻;

Zr——继电器每一组线圈阻抗。

图14-9　同步继电器及其工作原理图

(a)结构;(b)电压相量图;(c)ΔU与δ角的关系曲线

为了简化分析,上式中忽略了两组线圈间的互感,从式(14-11)中可见,综合磁通也就是反应两侧电源的电压差Δ。显然,总磁通Φ∑的大小正比于两电压相量差的绝对值ΔU。当ΔU小于一定数值时,Φ∑较小,产生的电磁力矩小于弹簧反作用力矩,于是,KSY动断触点就闭合。而电压差ΔU的大小与两侧电源电压的电压差、频率差、相位差有关。

当两侧电源电压的幅值不相等,即电压差较大时,即使两电压同相,ΔU仍较大,Φ∑也较大,产生的电磁力矩会大于弹簧反作用力矩,于是KSY动断触点不可能闭合。因此,只有在电压差小于一定数值时,ΔU足够小,KSY动断触点才能闭合,从而检查了同期的第一条件,即电压差的大小。

当两个电压的角频率不相等,存在着角频率差ωs(ωs=ωM-ωL)时,两个电压间相角差δ将随时间t在0°～360°之间变化。设UM=UL=U,即有效值相等时,从图14-9(b)分析可得ΔU与δ的关系为

根据上式可作出ΔU随δ角的变化关系曲线,如图14-9(c)所示。δ角变化360°时,ΔU变化一周。

当ΔU达到KSY继电器动作电压Uop时,KSY开始动作,动断触点打开,动合触点闭合,此时对应的δ角为动作角δop;当δ角增大向360°趋近时,达到KSY的返回电压Ure时,继电器开始返回,动断触点闭合,动合触点断开。从继电器开始返回到ΔU=0所对应的δ角为返回角δre。如图14-9(c)所示,继电器KSY在曲线的1点位置开始返回,在2点位置开始动作。显然,从1点到2点这段时间内,继电器KSY动断触点是闭合的,现将这段时间记为tKSY。从图14-9(c)可看出

考虑继电器的返回系数Kre=δre/δop,上式可改写成

当动作角δop一旦整定好后(一般在20°～40°范围内),就不再变化。于是与之间的角频率差ωs越小时,继电器KSY动断触点闭合的时间tKSY越长,反之,ωs越大,tKSY就越短。如果重合闸时间继电器KT的整定时间为tKT,则当tKSY＞tKT时,继电器KT的延时触点来得及到达终点而闭合,使重合闸动作;当tKSY＜tKT时,则在KT的延时触点尚未闭合之前,重合闸起动回路便因KSY触点打开而断开,于是KT线圈失磁,其延时触点中途返回,重合闸不能动作。可见,通过对tKT与tKSY的比较,就达到了对角频率差控制的目的,要想tKSY足够大,角频率差ωs就得足够小。

当tKSY=tKT时,是重合闸的临界动作条件,相应的角频率差即为整定角频率差,设为ωs.set,并设其在合闸过程中不变,则

当实际角频率差ωs＜ωs.set时,有tKSY＞tKT,重合闸动作,从而检查了同期的第二条件,即频率差的大小。

临界情况下,在图14-9(c)的2点发出重合闸脉冲,由于断路器合闸时间tc的存在,断路器主触点闭合时,和的实际相角差为δ3(见图中点3),若ωs保持不变,则δ3角为:

如果相角差δ3的大小为系统所允许,则也就检查了同期的第三个条件,即相位差的大小。